用于在红外上转换装置上提供电荷阻挡层的方法和设备制造方法及图纸

本发明专利技术的实施方式针对一种用于使用上转换感知红外（IR）辐射以提供电磁辐射的输出的改进装置，所述电磁辐射的波长比入射IR辐射（例如，可见光）的波长短。所述装置包含：阳极；空穴阻挡层，所述空穴阻挡层用来分离IR感知层与阳极；有机发光层，所述有机发光层通过IR感知层与阳极分离；及阴极。空穴阻挡层确保在电势施加到阳极与阴极之间时，有机发光层只在用IR辐射辐照IR感知层时产生电磁辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在红外上转换装置上提供电荷阻挡层的方法和设备相关申请案的交叉引用本申请案请求于2010年5月24日申请的第61/347,696号美国临时申请案的权利，所述申请案的全文（包括任何图形、表格或图式）在此以引用的方式并入本文中。
技术介绍
由于在夜视、测距、安全及半导体晶片检查中的潜在应用，红外（IR）至可见光上转换装置已引起大量研究兴趣。早期的近红外（NTR）上转换装置大多都基于无机半导体的异质结构。这些装置由两个串联部分组成：一个部分用于光电探测，且另一部分用于荧光。上转换装置主要通过光电探测方法来区分。这些装置的上转换效率通常很低。举例来说，一个集成发光二极管（LED）与基于半导体的光电探测器的NTR至可见光上转换装置呈现的最大外部转换效率为0.3%。具有与有机发光二极管（OLED）集成的无机InGaAs/InP光电探测器的混合式有机/无机上转换装置呈现的外部转换效率仅为0.25%。制造和加工此类无机和混合式上转换装置较贵，并且，此类装置的制造不符合大面积应用。Ni等人的Jpn.J.Appl.Phys.2001,40,L948和Chikamatsu等人的Appl.Phys.Lett.2002,81,769公开全有机上转换装置，所述装置分别通过耦合荧光OLED与氧钛酞菁（TiOPc）光敏空穴注入层来呈现NIR至蓝上转换和红至绿上转换。这些全有机上转换装置显示非常低的转换效率（小于0.05%）。用在上转换装置中的光电探测器具有低量子效率，由于有机敏化剂产生具有低电荷分离效率的光生激子和荧光OLED呈现小于5%的外部量子效率（EQEs），从而导致整体上转换效率很低。
技术实现思路
本专利技术的实施方式针对一种用于感知红外（IR）辐射并提供高能量电磁辐射的输出的装置，所述装置包括阳极；空穴阻挡层（HBL），所述HBL分离阳极与IR感知层；有机发光层，所述有机发光层通过IR感知层与阳极分离；及阴极。当IR辐射辐照IR感知层时，空穴与电子通过在阳极与阴极之间施加电势而结合在有机光子发光层以产生电磁辐射。在特定实施方式中，阳极与阴极中的一者或两者为透明的。在特定实施方式中，阳极可由材料制成，所述材料选自以下各物：ITO、IZO、ATO、AZO及碳纳米管，并且，阴极可由材料制成，所述材料选自以下各物：LiF/Al、Ag、Ca:Mg、LiF/Al/ITO、Ag/ITO、CsCO3/ITO及Ba/Al。空穴阻挡层可包含BCP、UGH2、BPhen、Alq3、mCP、C60、3TPYMB、ZnO纳米颗粒及以上各物的组合。有机光子发光层可由材料制成，所述材料选自以下各物：MEH-PPV、Alq3及FIrpic。IR光电探测层可由有机材料制成，例如，SnPc、SnPc:C60、AlPcCl、AlPcCl:C60、TiOPc或TiOPc:C60，或者，IR光电探测层可由无机材料制成，例如，PbSe或PbS。在本专利技术的实施方式中，所述装置可包括一或多个电荷传输层，所述电荷传输层由材料制成，例如用来传输空穴的TAPC、NPB或TPD和/或用来传输电子的3TPYMB、BCP、BPhen和Alq3。附图说明图1A至图1B图示现有技术的不具有任何电荷阻挡层的红外至绿光上转换装置的能量示意图，其中图1A图示在黑暗中无外加电压情况下的能量带示意图，并且，图1B图示在黑暗中低外加电压情况下的能量带示意图。图2A至图2C图示根据本专利技术的实施方式，具有空穴阻挡层的IR至绿光上转换装置的能量带示意图，其中图2A图示在黑暗中无外加电压情况下的能量带示意图，图2B图示在黑暗中即使在高外加电压情况下的能量带示意图，并且，图2C图示在IR辐照中有外加电压情况下的能量带示意图。图3A至图3B图示在黑暗和IR辐照下根据本专利技术的实施方式具有各种有机空穴阻挡层的IR至绿光上转换装置的（3A）I-V特性和（3B）L-V特性，其中BCP和UGH2用作空穴阻挡材料。图4A至图4B图示在黑暗和IR辐照下根据本专利技术的实施方式具有无机ZnO空穴阻挡层的IR至绿光上转换装置的与根据本专利技术的实施方式的具有有机BCP空穴阻挡层的装置相比的（4A）I-V特性和（4B）L-V特性。图5A至图5B图示在黑暗和IR辐照下，不具有任何电荷阻挡层的基于QD的IR至可见光上转换装置的（5A）能量带示意图和（5B）L-I-V特性。图6A至图6C图示在黑暗和IR辐照下根据本专利技术的实施方式具有ZnO空穴阻挡层的基于QD的IR至可见光上转换装置的（6A）能量带示意图、（6B）I-V特性和（6C）L-V特性。具体实施方式已说明高效有机发光装置（例如有机发光二极管（OLEDs））和高效有机光电探测器且专利技术者已公开全有机上转换装置，其中OLED与IR光电探测器集成到一个装置中。（参见Kim等人在2010年11月24日申请的第PCT/US2010/058015号PCT专利申请案及Kim等人的Adv.Mater.2010,22,2260-3，所述两者的全文在此均以引用的方式并入本文中，并特别合并用于有机光电探测器和全有机上转换装置（例如集成到一个装置中的有机发光装置（例如OLED）和IR光电探测器）的教示。由于所述装置与轻型加固柔性塑料衬底的兼容性，全有机上转换装置可允许其它更常规技术不可用的应用。不幸的是，即使在没有IR辐照的情况下，由于在低电压下，阳极的功函数与IR吸收光电探测器的最高占有分子轨道（HOMO）之间的小差异，关闭状态的有机上转换装置仍可发出可见光。本专利技术的实施方式针对改进的红外成像装置，其中发射由IR光电探测器的上转换造成，所述IR光电探测器与有机发光装置（例如，OLED）耦接，其中光发射只在足够高的电压下的IT辐照下发生。本专利技术的其它实施方式针对一种制造方法，所述方法的成本相对较低，并且，所述方法生产轻型高敏感装置，所述装置具有高增益和图像逼真，而能耗较低。特定实施方式可合并一或多个有机IR至绿光上转换装置，所述装置公开于Kim等人的PCT7US2010/058015或Kim等人的Adv.Mater.2010,22,2260-3中，其中在例示性实施方式中，锡酞菁：巴克敏斯特富勒烯（SnPc:C60）整体异质结构层IR光探测器与作为发光层的fac-三（2-苯基吡啶）铱（Ir(ppy)3）基磷光层串联连接，其中所述结构可由图1A中图示的结构概括，所述结构与常规OLED相似。在全有机上转换装置中，具有效率低的空穴传输IR敏化层可能是有利的，以使得有机发光层（例如，OLED）保持处于关闭状态，直到出现IR辐照。在有IR光致激发时，空穴注入有机发光层中，其中空穴与从阴极注入的电子结合以发出波长比入射IR辐射（例如，可见光）的波长短的光。对于具有氧化铟锡（ITO）阳极和IR探测（吸收）锡（II）酞菁（SnPc）层的装置来说，由于阳极的功函数与IR吸收器的HOMO之间的小差异，从阳极注入的空穴在低电压处发生，如图1B中所示。因此，用施加到电极的相对低的电压，即使在极少的IR辐照或不用IR辐照的情况下也可产生光。在本专利技术的实施方式中，全有机上转换装置的性能可通过包含电荷阻挡层而增强。在特定实施方式中，空穴阻挡层放置在ITO阳极与SnPcIR光电探测层之间，以便有效阻挡来自ITO阳极的空穴载流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.24 US 61/347,6961.一种用于感知红外(IR)辐射的装置，所述装置包含：阳极；空穴阻挡层；无机的IR感知层，所述无机的IR感知层通过所述空穴阻挡层与所述阳极分离；有机发光装置，其包含有机发光层及阴极，其中当电势施加到所述阳极与所述阴极之间时，并且，当IR辐射入射到所述无机的IR感知层上时，输出电磁辐射产生于所述有机发光层中，以及其中仅有一个有机发光装置放置于所述无机的IR感知层和所述阴极之间。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述空穴阻挡层包含材料，所述材料选自由BCP、UGH2、BPhen、Alq3、mCP、C60、3TPYMB、ZnO纳米颗粒及以上各物的组合组成的群。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述空穴阻挡层包含无机材料。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述空穴阻挡层包含ZnO。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述有机发光层只在IR辐射入射到所述无机的IR感知层上时产生所述输出电磁辐射。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述阳极为透明的，并且，所述阴极为透明的。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述阳极包含材料，所述材料选自由ITO、IZO、ATO、AZO及碳纳米管组成的群。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述阴极包含材料，所述材料选自由LiF/Al、Ag、Ca:Mg、LiF/Al/ITO、Ag/ITO、CsCO3/ITO及Ba/Al组成的群。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述有机发光层包含材料，所述材料选自由MEH-PPV、Alq3及FIrpic组成的群。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述无机的IR感知层包含材料，所述材料选自由PbSe及PbS组成的群。11.根据权利要求1所述的装置，进一步包含空穴传输层，其中所述空穴传输层分离所述有机发光层与所述无机的IR感知层。12.根据权利要求11所述的装置，其中所述空穴传输层包含材料，所述材料选自由TAPC、NPB及TPD组成的群。13.根据权利要求1所述的装置，所述装置进一步包含电子传输层，其中所述电子传输层分离所述有机发光层与所述阴极。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述电子传输层包含材料，所述材料选自由3TPYMB、BCP、BPhen及Alq3组成的群。15.根据权利要求1所述的装置，其中通过从所述阴极注入的电子结合从所述无机的IR感知层注入的空穴在所述有机发光层中产生所述输出电磁辐射。16.根据权利要求15所述的装置，其中从所述阴极注入的所述电子从所述阴极穿过电子传输层到所述有机发光层。17.根据权利要求11所述的装置，其中从所述无机的IR感知层注入的所述空穴从所述无机的IR感知层穿过所述空穴传输层到所述有机发光层。18.根据权利要求1所述的装置，其中输出电磁辐射直到所述电势达到阈值幅度才产生。19.一种探测红外(IR)辐射的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰基·索，金度永，宋东佑，伽利略·萨拉斯克塔，巴恩德拉克·K·普拉丹，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金会公司，纳米控股有限公司，
类型：
国别省市：